,創(chuàng)新挖潛 節(jié)能減排,苯甲酸生產(chǎn)能源綜合利用,武漢有機實業(yè)有限公司,2012年5月,孫波,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,目 錄,一、公司簡介 二、苯甲酸生產(chǎn)能源綜合利用項目介紹 三、展望,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,一、公司簡介,1、企業(yè)概況：,公司始建于1956年，是一家具有五十多年生產(chǎn)歷史，集科、工、貿(mào)為一體，專業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營有機精細(xì)化工產(chǎn)品的國家大型二類化工企業(yè),2011年產(chǎn)值8.7億元。,公司占地11.5萬平方米，有11個職能部門、6個生產(chǎn)分廠、1個輔助分廠。現(xiàn)有員工近1000人，其中各類技術(shù)人員近400人，有高級職稱15人，享受政府特殊津貼3人。,公司建有有機精細(xì)化工研發(fā)中心、技術(shù)中心和檢驗中心，擁有10多項發(fā)明專利，是湖北省高新技術(shù)企業(yè)，注冊的“新康”商標(biāo)為湖北省著名商標(biāo)。,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,公司簡介,2、主要產(chǎn)品：,苯甲酸鈉系列,公司主導(dǎo)產(chǎn)品苯甲酸鈉系列年產(chǎn)7萬噸，包括苯甲酸（工業(yè)級、醫(yī)藥級、料添加劑級）、苯甲酸鈉（食品添加劑級、醫(yī)藥級，工業(yè)級）、苯甲酸鉀、苯甲酸芐酯等多個衍生產(chǎn)品。中國苯甲酸鈉行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)由我公司起草制訂。,氯化芐系列,公司主導(dǎo)產(chǎn)品氯化芐系列年產(chǎn)2萬噸，包括氯化芐、芐醇（工業(yè)級、醫(yī)藥級、香料級、照相級）。,精細(xì)化工系列,醫(yī)藥中間體、香精香料等精細(xì)化工品是公司的主要產(chǎn)品系 列之一。,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,公司簡介,3.質(zhì)量體系認(rèn)證,1998年1月通過ISO9000質(zhì)量管理體系認(rèn)證，2009年6月順利通過ISO9001:2008轉(zhuǎn)版認(rèn)證，2012年4月通過復(fù)審。 2007年11月苯甲酸、苯甲酸鈉通過ISO22000：2005食品安全管理體系認(rèn)證。 2012年3月通過了FSSC認(rèn)證，是湖北省首批通過該認(rèn)證的非外資企業(yè)。,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,公司簡介,4.節(jié)能減排,公司一貫重視節(jié)能減排工作，將建設(shè)“兩型”社會作為企業(yè)的基本責(zé)任。通過精細(xì)生產(chǎn)和科技創(chuàng)新在節(jié)能減排工作上取得一定成績，獲得了一些榮譽。在取得良好的社會效益的同時，也創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益。,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,公司簡介,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,二、苯甲酸生產(chǎn)能源綜合利用項目,在催化劑的作用下，利用空氣將甲苯氧化成粗苯甲酸，此反應(yīng)為強放熱反應(yīng)。粗苯甲酸再經(jīng)過減壓精餾提純得工業(yè)苯甲酸，工業(yè)苯甲酸經(jīng)過結(jié)晶得到藥用苯甲酸。 反應(yīng)方程 CH3C6H5 + O2 C6H5COOH + H2O + 683.43KJ/mol,苯甲酸生產(chǎn)原理,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,國內(nèi)苯甲酸生產(chǎn)裝置都是間歇生產(chǎn)，存在反應(yīng)熱未能有效利用，精餾過程能耗高，產(chǎn)品能源消耗高等不足。同時藥用級及食品級苯甲酸采用水溶法生產(chǎn)，消耗大量自來水及蒸汽，廢水處理困難。,苯甲酸生產(chǎn)存在的問題,為了節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本，必須有效的對苯甲酸生產(chǎn)過程中的能源進行綜合利用。生產(chǎn)工藝的連續(xù)化、裝置的規(guī)?；质悄茉淳C合利用的基礎(chǔ)。我公司從2009年開始進行苯甲酸全連續(xù)化生產(chǎn)的探索工作，在此基礎(chǔ)上提出苯甲酸生產(chǎn)過程中的能源綜合利用的設(shè)想。,工藝連續(xù)化改造總體設(shè)想,傳統(tǒng)的苯甲酸生產(chǎn)工藝分為三部分：氧化反應(yīng)（甲苯部分氧化生成苯甲酸）、蒸餾（除去未反應(yīng)的甲苯）、精餾（先脫除輕組分，然后得到苯甲酸，剩余重組分由芐酯塔處理）。這三部分均為間歇操作，用能和產(chǎn)生的廢熱均存在波峰、波谷現(xiàn)象，加之設(shè)備小且多，廢熱難以集中利用。 經(jīng)計算以及初步的試車，原來三步的間歇工藝將會改造為五步的連續(xù)工藝：氧化反應(yīng)（連續(xù)反應(yīng)）、閃蒸（脫除部分甲苯）、脫甲苯、脫低沸、出成品苯甲酸。生產(chǎn)工藝改為連續(xù)化后，由于所有設(shè)備將處于穩(wěn)定狀態(tài)運行，各項參數(shù)不隨時間發(fā)生變化，廢熱產(chǎn)生將非常穩(wěn)定，便于收集利用。,連續(xù)化改造流程,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,根據(jù)苯甲酸生產(chǎn)過程的特點，結(jié)合本公司的實際情況，我們重點做了以下改造： 1、反應(yīng)過程連續(xù)化改造回收反應(yīng)熱 2、精餾過程連續(xù)化改造制備低壓蒸汽 3、熔融結(jié)晶法取代水溶法生產(chǎn)高品質(zhì)苯甲酸節(jié)能減排,技術(shù)方案,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,1、綜合利用反應(yīng)熱 1）原理： 間歇生產(chǎn)時，每批物料均需從常溫加熱到160開始反應(yīng)。反應(yīng)進行后，由于放熱，為了維持溫度恒定，需要冷卻介質(zhì)冷卻以維持塔溫穩(wěn)定。高溫回水部分外排，部分通過涼水塔降溫后重復(fù)使用。反應(yīng)的開開停停既消耗大量加熱蒸汽，還給反應(yīng)熱的集中利用帶來了很大的不便。 另一方面，我公司鍋爐用軟水是常溫進入鍋爐。因此結(jié)合我公司實際，我們確定了利用氧化反應(yīng)熱將軟水加熱至過熱水，經(jīng)節(jié)流器后送至鍋爐生產(chǎn)蒸汽的方案，該方法可以有效節(jié)約鍋爐用煤。,改造后的連續(xù)反應(yīng)工藝，可以穩(wěn)定的提供反應(yīng)熱。,2）改造方法間歇氧化改造為連續(xù)氧化,甲苯反應(yīng)生成苯甲酸的反應(yīng)是在氧化塔內(nèi)進行。間歇反應(yīng)改造為連續(xù)反應(yīng)，是對原有的氧化塔進行部分改造，主要進行以下幾個方面的改造工作： 第一，增加連續(xù)進料泵取代間歇進料泵。為了避免甲苯的泄漏造成危險，選用磁力泵。泵流量的計算是依據(jù)反應(yīng)的時空產(chǎn)率和氧化塔的總體積并考慮到一定的余量得到的，流量通過控制閥來控制。 第二，增加連續(xù)分水裝置。甲苯反應(yīng)生成苯甲酸的同時會生成水，水必須及時的移走，否則會產(chǎn)生“死料”現(xiàn)象。利用水和甲苯互不相容且密度不同的原則，將甲苯和水分層后分離，甲苯回流到塔內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)，水則通過控制閥排除，實現(xiàn)水的連續(xù)分離。 第三，增加連續(xù)出料控制裝置。由于氧化塔不斷的進料，因而需要連續(xù)出料來維持塔內(nèi)總物料的穩(wěn)定，通過液位控制閥來實現(xiàn)。,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,2）改造方法制備高溫軟水作為鍋爐進水,流化床處理后的軟水用高壓泵送入氧化塔內(nèi)的換熱盤管，通過控制閥控制流量維持氧化塔內(nèi)的溫度，保證反應(yīng)正常進行。出口處控制出水的壓力，防止過熱水汽化導(dǎo)致產(chǎn)生水錘，過熱水進入鍋爐生產(chǎn)蒸汽供應(yīng)生產(chǎn)使用。,3）改造后的效果,a：節(jié)約加熱蒸汽 根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，每次向氧化塔內(nèi)加入12噸甲苯，用蒸汽從常溫（以25計）加熱到160。反應(yīng)后可以得到約6.5噸苯甲酸粗品（含量在92%左右）。根據(jù)資料,甲苯在25至160之間平均比熱容為1.926 KJ/KgK 因而每批物料需要消耗的熱量為： Q1 = C甲苯m甲苯T甲苯 = 1.926 12000 （160-25）= 3.12 106 KJ 每6.5噸苯甲酸粗品可以得到5.9噸苯甲酸成品，因而得到每噸苯甲酸需要消耗的加熱蒸汽熱值為：3.12 106 KJ / 5.9 t苯甲酸 = 5.29 105 KJ / 噸苯甲酸； 標(biāo)煤的熱值為2.926 107 KJ/噸，因而每噸苯甲酸需要消耗的標(biāo)煤為：5.29 105 KJ / 2.926 107 KJ/噸標(biāo)煤 = 0.018噸標(biāo)煤/噸苯甲酸 每年節(jié)約的熱量折合標(biāo)煤為：0.018噸標(biāo)煤/噸苯甲酸 7萬噸苯甲酸 = 1260噸標(biāo)煤,b：反應(yīng)熱回收,甲苯氧化是強放熱反應(yīng)： C6H5CH3 + 1.5 O2 = C6H5COOH + H2O + H H = 683.43 KJ 每生成一噸苯甲酸，放出的熱量為： （106/122） 683.43 KJ/噸 = 5.6106 KJ/噸苯甲酸，折合0.19噸標(biāo)煤/噸苯甲酸 實際上，并不是所有的放熱量都可以回收利用。比如進入氧化塔的冷甲苯、空氣需要吸收一部分熱量，而反應(yīng)液、尾氣則會帶走一部分熱量。為了維持反應(yīng)的穩(wěn)定進行，只有一部分熱量（2.114 107 KJ/h，占總放熱量的37.56%）可以回收利用。 折合標(biāo)煤為：（2.114 107 KJ/h）/ 2.926 107 KJ/噸標(biāo)煤 = 0.7225噸標(biāo)煤/h 每年以8000h計，則回收的反應(yīng)熱折合標(biāo)煤5780噸,廢熱制備低壓蒸汽,根據(jù)各公司實際，可以采取不同的廢熱利用方式制備各種品味的動力：發(fā)電、空調(diào)制冷和制熱、保溫、預(yù)熱等。,廢熱制備低壓蒸汽（3公斤）,熱水可以利用溴化鋰制冷機制冷，作為空調(diào)能源使用。 低壓蒸汽如果品味太低，可以用高壓蒸汽提壓后使用。,適用領(lǐng)域,強放熱反應(yīng)場合； 反應(yīng)溫度在100以上； 反應(yīng)熱的供給穩(wěn)定； 高溫水（低壓蒸汽）有需要場合,1）原理,精餾是化工分離過程中一項非常耗能的分離操作，塔底再沸器需耗費大量的熱量以汽化釜液，而塔頂大量氣態(tài)苯甲酸需要采用冷凝水冷凝下來。精餾時塔頂冷凝器維持較高溫度（150）即可將苯甲酸全部冷凝下來。因而可以利用軟水汽化吸收苯甲酸液化放出的熱量，同時副產(chǎn)3-4公斤（表壓）的蒸汽，從而回收了再沸器提供的熱量。產(chǎn)生的蒸汽作為儲槽和管道的保溫用氣，節(jié)省鍋爐蒸汽的消耗，降低單位產(chǎn)品的能耗。,2、精餾過程節(jié)能改造,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,苯甲酸精餾提純時精餾塔頂大量苯甲酸需要液化，以前一直是用水冷卻，高溫回水通過涼水塔降溫后重復(fù)使用。 苯甲酸的熔點較高（122），在生產(chǎn)中所有含苯甲酸管道均需蒸汽伴熱保溫，防止管道堵塞影響生產(chǎn)，因此需要大量的保溫蒸汽。 由于苯甲酸沸點較高，精餾塔塔頂大量的氣相苯甲酸冷凝時放出大量熱量，可以利用軟水汽化吸收苯甲酸液化放出的熱量，副產(chǎn)蒸汽保溫，降低生產(chǎn)成本。 前提是精餾的連續(xù)化改造。,一期改造完成后的苯甲酸連續(xù)精餾流程,2）制備低壓蒸汽方案,精餾塔頂出來的氣相苯甲酸（溫度在170左右）進入塔頂蒸汽發(fā)生器（相當(dāng)于普通精餾塔的塔頂冷凝器）的管程并液化，殼程內(nèi)裝有一定量的軟水，殼程內(nèi)軟水的液位通過液位通過控制閥維持在一定高度，確保換熱面積的穩(wěn)定。氣相苯甲酸液化過程中放出的大量熱使得殼程內(nèi)的軟水汽化產(chǎn)生飽和蒸汽，所產(chǎn)蒸汽送至分氣缸，直接輸送到工藝系統(tǒng)中作為管道、容器等的保溫介質(zhì)。,3）節(jié)能效果評價,每小時苯甲酸產(chǎn)量： 70000t/8000h = 8.75t/h 實際生產(chǎn)中精餾塔的操作回流比（R）為0.5，因而生產(chǎn)中精餾塔頂每小時需要冷凝的氣相苯甲酸為：8.75 （1 + 0.5）= 13.125t/h 苯甲酸的液化焓為580KJ/Kg，則精餾塔塔頂每小時放出的熱量為：13.125103 580 = 7.6125106 KJ/h，折合標(biāo)煤0.2602t/h 則每年利用精餾塔塔頂余熱制備蒸汽回收的熱量折合標(biāo)煤為： （0.2602噸標(biāo)煤/小時）8000小時 = 2082噸標(biāo)煤/年,適用領(lǐng)域,連續(xù)精餾； 精餾塔塔頂溫度在130以上； 低壓蒸汽有需要的場合,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,1）熔融結(jié)晶法基本原理 熔融結(jié)晶法生產(chǎn)過程是：將液態(tài)苯甲酸在接近其熔點的溫度下部分冷卻結(jié)晶，雜質(zhì)大部分溶解在未結(jié)晶的液相中，固相含量較高，分離固液兩相，將固相逐步升溫進一步排除雜質(zhì)提高含量，最后將符合要求的苯甲酸熔化得到產(chǎn)品。 熔融結(jié)晶法是生產(chǎn)高純度物質(zhì)的一種有效辦法，由于生產(chǎn)過程中只需提供物質(zhì)的熔化熱，因而能耗很低。同時生產(chǎn)時不需要加入其他溶劑，生產(chǎn)流程更簡單，且無環(huán)保問題。,3、熔融結(jié)晶取代水溶法生產(chǎn)高品質(zhì)苯甲酸,雙降膜熔融結(jié)晶流程簡圖,公司2010年開始在原有的單降膜熔融結(jié)晶裝置基礎(chǔ)上著力于自主開發(fā)目前世界上最先進的雙降膜熔融結(jié)晶技術(shù)，并且在整個控制上實現(xiàn)程序控制來取代人工操作。 熔融結(jié)晶器內(nèi)部是一組平行的豎直列管束，物料和換熱介質(zhì)分別分布在列管的內(nèi)部和外部。熔融結(jié)晶工藝的優(yōu)點是設(shè)備幾乎沒有“放大效應(yīng)”，只需保證物料和換熱介質(zhì)在管壁上的均勻分布和相對比例即可。 該技術(shù)經(jīng)過小試（1根管子）、中試（19根管子）已經(jīng)成熟。其產(chǎn)品指標(biāo)完全可以達(dá)到水溶法生產(chǎn)的苯甲酸指標(biāo)。目前300根管子的大裝置剛剛試車成功，指標(biāo)全部達(dá)到設(shè)計要求。,2）熔融結(jié)晶法實施方案,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,3、熔融結(jié)晶法取代水溶法生產(chǎn)高品質(zhì)苯甲酸,單降膜熔融結(jié)晶工藝,雙降膜熔融結(jié)晶工藝,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,項目成效,首先，單位產(chǎn)品能耗顯著下降。同時，產(chǎn)品質(zhì)量也得到有效提升。我公司是國內(nèi)唯一能生產(chǎn)所有規(guī)格苯甲酸和苯甲酸鈉的企業(yè)，不僅成為可樂的全球供應(yīng)商，還成功進入日本醫(yī)藥及食品市場。與全球苯甲酸最大生產(chǎn)商DSM建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，負(fù)責(zé)其在亞太地區(qū)銷售的飼料級苯甲酸的生產(chǎn)。,3）節(jié)能效果評價,水溶酸是利用苯甲酸在不同溫度下在水中溶解度的差異來提純的。每得到一噸水溶酸，需要將13噸水從常溫（以20計）加熱到沸騰，需要消耗的熱量為：Q = C水m水T水 = 4.2 13000 （100-20）= 4.36 106 KJ 熔融結(jié)晶法生產(chǎn)高品質(zhì)苯甲酸只需提供物質(zhì)的少許熔化熱，苯甲酸的熔化焓為148KJ/Kg，因而熔融結(jié)晶法比水溶法生產(chǎn)每噸苯甲酸節(jié)約的熱量為： 4.36 106 KJ/t 0.148 KJ/t = 4.212 106 KJ/t 折合0.144噸標(biāo)煤/噸苯甲酸 按照年產(chǎn)1000噸水溶酸計，則采用高效雙降膜熔融結(jié)晶技術(shù)取代水溶法后，每年可以節(jié)約能源折合標(biāo)煤144噸。,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,三、展望,三項改造完成后，生產(chǎn)每噸苯甲酸可以副產(chǎn)0.5-1噸蒸汽，每噸苯甲酸產(chǎn)品的能耗將降低100元左右，僅蒸汽節(jié)約費用每年都在500萬元以上。,折標(biāo)過程：1千克原煤 = 0.7143千克標(biāo)煤；1千瓦時電 = 0.335千克標(biāo)煤；1噸水 = 0.0857千克標(biāo)煤；1噸原煤產(chǎn)5.8噸蒸汽（公司生產(chǎn)數(shù)據(jù)）,Wuhan Youji Industries Co.,Ltd.,謝 謝 Thank,